절삭에 필요한 냉각제와 피삭성에 대하여 공부하기

냉각제

절삭과정에서 필요한 냉각제와 피삭성 대하여 알아보려고 한다. 절삭과정에서 고체, 액체, 유화액 또는 기체를 사용하 절삭작용을 개선할 수 있다. 냉각수를 공구와 칩 경계에 쏟아부어서 처음으로 성공을 거둔 사람은 프레드 테일러였고, 이 개선은 작업량을 30% 내지 40% 증가시켰다.

 

냉각제

성형 및 절삭과정에서 마찰로 인하여 높은 온도가 발생한다. 온도와 압력이 제어되지 않으면, 금속표면은 서로 달라붙게 된다. 금속절삭의 경험에 의하면 절삭과정에 냉각제를 사용하는 것은 다음과 같은 이점이 있다.

• 칩, 공구와 공작물간의 마찰을 감소시킨다(고속절삭에서 냉각제가 공구와 공작물 경계에 들어간다는 것이 의문시되기는 한다.).
• 공구와 공작물의 온도를 낮춘다.
• 칩을 씻어낸다.
• 표면다듬질을 개선시킨다.
• 소요동력을 줄여준다.
• 공구수명을 늘린다.
• 공작물과 기계의 부식을 감소시킨다.
• 칩이 공구에 용착되지 않도록 해준다.

냉각제는 작업자에게 생리적으로 불쾌하지 않아야 하고, 기계에 해롭지 않고, 안정해야 한다. 또한 양호한 열전달특성을 가져야 하고, 휘발성이 아니고, 거품이 나지 않으며, 윤활성이 있고, 높은 발화온도를 가져야 한다.

 

절삭능력을 개선하는 고체는 회주철 안의 흑연, 또는 강 안의 납 등과 같은 공작물 내에 함유된 재료는 또는 용해금속에 추가된 재료를 포함한다. 기체는 수증기, 탄산가스 및 압축공기를 포함한다. 그러나 대부분의 냉각제는 액체이고, 이는 공구 칩 경계에 분사되기 쉽고 쉽게 재순환되기 때문이다. 액체는 주로 물이나 기름을 기저로 하고 효율을 높이기 위하여 몇 가지 첨가제를 넣는다.

 

화학적 냉각제는 물에 용해된 화학성분의 혼합물이다. 그 목적은 냉각인데, 냉각과 윤활 두 가지의 목적에 사용될 수도 있다. 사용되는 화학 약제는 아래와 같다.

• 녹을 방지하기 위한 아민과 아질산염
• 아질산염의 안정화를 위한 질산염
• 물을 연화시키기 위한 인산염과 붕산염
• 표면장력을 줄이고 윤활을 위한 비누와 침윤제
• 화학적 윤활을 위한 인, 염소 및 황의 화합물
• 윤활을 위한 염소
• 혼합제와 습윤제로서 글리콜
• 세균발생을 억제하기 위한 살균제

냉각제 사용의 장점은 공구의 냉각과 마찰의 감소, 특히 칩과 공구 사이의 마찰감소에 있다. 가공된 공작물뿐 아니라 칩의 거칠기 때문에, 절삭날에 소량의 냉각제만이 주입된다. 거친 칩과 공구 사이에서 윤활제의 모세관 현상은 변화된 증기가 절삭점에 도달하게 해 준다. 그러나 공구 끝과 공작물 경계면으로 들어가는 냉각제의 모세관 현상에 대해서는 다양한 견해가 있다. 절삭구역에 단순히 냉각제를 가득히 부어주는 것은 냉각제를 공구 경계 부분에 뿌려주는 것보다 효율적이 아니다. 공구와 공작물의 진동은 냉각제를 절삭날에 밀어 넣는 작용을 한다.

 

냉각제는 가공재료와 가공방식에 따라서 선택된다. 다음은 몇 가지 일반적인 재료에 사용되는 비화학적 냉각제이다.

• 주철 : 압축공기, 수용성유, 또는 건식가공. 압축공기의 사용은 먼지를 제거하기 위하여 배기 장치를 필요로 한다. 냉각제를 사용하는 이유는 먼지를 제어하기 위함이다.
• 알루미늄 : 등유 윤활유, 수용성유, 소다수. 소다수는 방청제로 작용하는 약간의 알칼리와 물로 이루어진다.
• 가단주철 : 건식 수용서유 윤활유제. 후자의 냉각제는 가성소다, 황화유, 비누, 또는 다른 유화제를 섞은 가벼운 광물성유로 되어 있다.
• 황동 : 건식, 파라핀유, 또는 라드유 혼합유.
• 강 : 수용성유, 황화유, 광물성유.
• 연철 : 라드유, 수용성유.

피삭성

피삭성 즉, 절삭의 용이성은 절삭공구의 종류와 형상에 영향을 받는다. 그러나 피삭성은 막연히 정의된 용어이고, 공구의 수명, 절삭에 소요되는 동력, 재료의 변형된 양을 제거하는 데 드는 비용, 또는 얻어지는 표면조건으로써 표현된다. 기계가공 비용에 관계되는 이들 요소 중에서 가장 중요한 것은 공구수명이고, 편람에 주어지는 피삭성의 값은 이 인자에 기초한다. 그러므로 피삭성은 정확한 용어는 아니고 몇 가지 개념을 의미하는 단어이다.

 

많은 상업적 응용에 있어서 부품의 설계강도보다 경제적 기계가공이 더 중요하다. 이러한 이유로, 피삭성과 공구 수명의 중요함을 감안하여 재료가 선택되는 일이 자주 있다.

 

일반탄소강은 같은 경도와 탄소량을 갖는 합금강보다 더 좋은 피삭성을 가진다. 잉곳을 만드는 중에 강에 납을 첨가하면, 강의 가격이 비싸지고 더 연해지며, 더 연성이 커지나 피삭성은 좋아진다.